“常量为什么不能被改写？有魔法吗？是的，有魔法”

提出问题

什么是常量？常量就是：数值不能变化的变量。如果如此简单、易懂的定义，你都能挑出毛病，那可能就真的是在：哗众取宠了。提出问题的人，可能需要在自己身上找找原因了。

但你是否考虑过一个问题：是什么机制，在保证常量，不能改变这个初衷呢？要知道，市面上所有的内存条，都是可读、可写、可改的，想试图阻止 CPU 的写操作，谈何容易呀！

是程序员的自律？还是编译器的铜墙铁壁？就让我们的用 CPU 的视角，解读一个常量背后的故事。

代码分析

打开 Compiler Explorer，定义一个常量a，再定义一个变量b；为了防止编译器优化常量 a 的读写操作，我们特意在定义常量 a 的时候加上了关键字：volatile；至于 volatile 的工作原理，请查看“CPU眼里的volatile”。

接着，写一个函数func1，用来读取并返回常量a的值；然后，再写一个函数func2，用来读取并返回变量b的值：

老规矩，不要关心汇编指令的具体含义，我们只比较二者的差异，很显然除了a、b的内存地址不同外，两个函数的汇编指令完全相同！编译器并没有对变量和常量作任何的区分和特殊处理。

难道，我们又要得到一个耸人听闻的结论：变量与常量，本质上没有任何区别？且慢，我们再看看写操作，先给变量b赋值，编译通过，没有问题。

再给常量a，赋相同的值：1

inf func1(){    a = 1;    return 0;}

虽然我们并没有试图改变常量a的值，但我们的代码，还是会被编译器无情的拒绝！

看来，常量的含义不仅仅是：它的值不可改变，原来它是彻底的拒绝写操作呀。即便是你并不打算改变它的值。看来 const 关键字还真能保护常量的值，不会被重新写入。

为了解除编译器层面的禁止，我们需要为常量a稍微换个马甲，帮助它绕过编译器的检查：

如你所见，对常量a作一个向普通 int 类型的转换，这样就可以通过编译了。

再比较一下函数func1和函数func2的汇编指令，如你所见：除了a、b的内存地址不同外，它们的汇编指令是完全一致的！

好了，如此看来：常量a和变量b，在读、写操作上面，都是完全一致的。排除编译器在语法层面，对常量的保护，我们能否认为：常量与变量的本质是完全相同的呢？

到底是否相同，我们实际运行一下就知道了。写一个函数main，先调用一下函数func2，一切正常；然后我们再调用一下函数func1：

如你所见，在调用函数func1的时候程序出错，返回值：139意味着：段错误（segmentation fault）这是为什么呢？让我们分别打印：常量a和变量b的内存地址：

如你所见，虽然a、b是依次定义的，但是内存地址的距离，却超过了：8K 字节。它们显然不在同一个内存页里面，如“CPU眼里的程序运行”所说，程序运行前，代码中的全局变量、常量会被拷贝到数据段。只是这个数据段还会被细分成：只读数据段和可读、写数据段，因此，它们所在的内存页的读、写属性可能是不同的。

我们猜：变量b所在的内存页，在MMU映射表中的属性是：可读、可写的；常量a所在的内存页，在MMU映射表中属性是：只读的。因此，当我们强行对a进行：写操作时，就会触发CPU异常，导致程序崩溃！

因为，内存页的读写属性，不仅对常量a所在的内存有效，甚至对整个4KB的内存页，都是有效的。所以，即使试图对a周围的内存，进行写操作也是不被允许的：

夸张的说：现代操作系统和编程语言的实现，都离不开MMU这个好帮手。更多的MMU知识，还可以查看“CPU眼里的虚拟内存”。

总结

常量并不仅仅是：不能改变初值的变量，也是：不允许对其二次写入的变量。除此之外，它跟普通变量一样，也是某个内存地址的别名。编译器可以通过对代码的解读，阻止明显的、针对常量的写操作。但由于常量，跟变量一样，也只是内存地址的别名。所以程序员很容易通过指针、或类型转换的方式，逃过编译器的检查。真正保证常量不被写入的安全阀是：MMU，它能从物理上阻止对特定内存的读写。如果常量所在的内存页是不可读写的，例如：read only数据段，那么写操作会被MMU阻止，并产生CPU异常。

但如果常量所在的内存页是可读、写的，例如：函数内部定义的临时的“栈”常量，由于“堆栈”本身是可读、可写的，所以在逃过编译器检查后，“栈”常量也是可以顺利写入的。

热点问题

Q1：如果我通过cast强行转换成非const变量呢？

A1：效果是一样的，你或许可以绕过编译器的检查，但在真正作写操作的时候，会被MMU察觉到。

Q2：单片机，例如：STM32，没有MMU，它能阻止对常量的写操作吗？

A2：虽然单片机可能没有MMU，但它仍然有可能阻止程序对常量的写操作。因为，单片机在编译完程序后，往往会通过专门的设备把程序中的：常量、函数，烧写在：ROM上面。

由于ROM的写入过程比较特殊，需要配合特定的设备和总线操作；CPU不能通过常规的内存读、写指令(例如：MOV指令)来改写ROM上的信息，所以，代码对常量的写操作，即使可以顺利运行，但也很难真正改写ROM上的常量。